車用發(fā)動機智能冷卻系統(tǒng)基礎(chǔ)問題研究.pdf

1、車輛及發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展、能源與環(huán)境問題的涌現(xiàn)和人們使用需求的提升使冷卻系統(tǒng)的功能定義不斷演變、技術(shù)路徑不斷進化、性能要求不斷提升，冷卻系統(tǒng)已不再是以冷卻為唯一目標的輔助配置，而是在車輛起動、行駛、停機等各個工作階段，需滿足排放法規(guī)、經(jīng)濟性需求、動力需求、舒適性需求以及可靠性與耐久性的綜合性系統(tǒng)。智能化是兼顧各種問題與需求的關(guān)鍵技術(shù)，是車輛及發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的進化與發(fā)展趨勢。但智能化并非孤立的技術(shù)手段，而與其他技術(shù)路徑相輔相承；智能冷卻系統(tǒng)

2、各部件的運行亦非孤立，而是依據(jù)車輛行駛路況及發(fā)動機運行工況的變化協(xié)同工作。正因如此，在車輛及發(fā)動機運行的全工況下針對多個目標作系統(tǒng)化協(xié)調(diào)控制運行成為智能冷卻系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)鍵問題。
　　本文通過試驗研究為主數(shù)值仿真為輔的手段，研究了車用發(fā)動機智能冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)問題，制定了基于電子水泵、電子風扇、電子節(jié)溫器和電加熱器的發(fā)動機全工況智能冷卻系統(tǒng)控制策略，并予以試驗驗證，旨在按需調(diào)節(jié)冷卻液溫度實現(xiàn)精確冷卻，并在起動階段縮短暖機時間，在停機之

3、后避免熱浸現(xiàn)象，從而提高燃油經(jīng)濟性、整機可靠性并減少污染物排放。本文的主要工作內(nèi)容包括：
　　1.建立了包含發(fā)動機臺架試驗系統(tǒng)、車載試驗系統(tǒng)和風洞試驗系統(tǒng)的乘用車智能冷卻系統(tǒng)試驗研究平臺，提出用環(huán)境溫度、冷卻液散熱量、冷卻風速、發(fā)動機的轉(zhuǎn)速與負荷率等參數(shù)在三個試驗系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)的方法，并為提高冷卻液散熱量的測量計算精度設(shè)計了一種基于對聯(lián)熱電偶的小溫差測量新方法，并驗證了其測量誤差可控制在±0.04℃。
　　2.開展了智能冷

4、卻控制系統(tǒng)脈譜圖(MAP)研究。基于上述三個試驗系統(tǒng)分別開展了發(fā)動機熱平衡研究、車輛迎風冷卻強度研究以及包含冷卻模塊散熱性能、冷卻水泵特性和冷卻風扇特性在內(nèi)的機外冷卻系統(tǒng)部件工作特性研究，制定了智能冷卻控制系統(tǒng)MAP。研究表明：以環(huán)境溫度、車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷率為輸入量，以風扇轉(zhuǎn)速和水泵轉(zhuǎn)速為輸出量，可用8個關(guān)系式確定地描述其內(nèi)在聯(lián)系，并以此為基礎(chǔ)以風扇與水泵功率之和最小化為原則，制定了由冷卻液散熱量MAP、水泵轉(zhuǎn)速MAP和風扇轉(zhuǎn)速M

5、AP組成的智能冷卻控制系統(tǒng)MAP。
　　3.開展了穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動機內(nèi)部冷卻狀況的數(shù)值仿真研究。使用計算流體動力學(xué)(CFD，Computational Fluid Dynamics)和數(shù)值傳熱學(xué)(NHT，Numerical Heat Transfer))方法對冷卻水套內(nèi)冷卻液的流動與傳熱進行了模擬分析。結(jié)果表明：冷卻液流量對發(fā)動機內(nèi)部冷卻狀況影響顯著，若以過熱區(qū)域為評價標準，在發(fā)動機工作過程中存在安全流量qcs。本文提出了以冷卻液散

6、熱量Qc為基準進行工況劃分的方法，獲得qcs-Qc曲線，并依此對智能冷卻控制系統(tǒng)MAP作安全修正。
　　4.開展了發(fā)動機暖機及后冷卻控制技術(shù)研究。研究對比了采用電加熱器進行同步加熱、預(yù)加熱以及聯(lián)合加熱的多個輔助加熱方案對暖機過程溫升時間和燃油消耗的影響，并開展了采用模糊控制的電子節(jié)溫器在暖機過程中對冷卻液溫度實行精確調(diào)節(jié)的研究，最后研究了基于電子風扇和電子水泵聯(lián)合調(diào)節(jié)的熱態(tài)停機后冷卻控制技術(shù)。結(jié)果表明：采用電加熱器的各個輔助加熱方

7、案均可顯著縮短暖機時間，同時降低燃油消耗，但改善水平各有千秋，暖機時間減幅和凈節(jié)油率最高可達66.1％和32.7％；采用模糊控制的電子節(jié)溫器可有效降低節(jié)溫器初次開啟時的溫度波動至2.2℃以內(nèi)，并迅速穩(wěn)定在目標值附近，波動小于1℃；多個后冷卻技術(shù)方案中，單獨開啟水泵以最低轉(zhuǎn)速續(xù)流的方式為最優(yōu)，既可有效避免停機熱浸現(xiàn)象發(fā)生，又可節(jié)約能耗。
　　5.開展了智能冷卻系統(tǒng)集成控制技術(shù)研究。將上述結(jié)果與結(jié)論進行綜合研究，形成了基于電子水泵、電